Dòng điện là dòng chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện. Trong các mạch điện, dòng điện tạo ra do sự chuyển dịch của các electron dọc theo dây dẫn. Ngoài ra, hạt mang điện cũng có thể là các ion hoặc chất điện ly. Trong trường hợp plasma thì cả ion và electron đều đóng vai trò này.[1]
Dòng điện được qui ước là dòng chuyển dời có hướng của những điện tích dương. Khi đó trong mạch điện có dây dẫn sắt kẽm kim loại, electron là những hạt mang điện, dòng electron có độ lớn bằng với độ lớn của dòng diện và có chiều ngược với chiều của dòng điện trong mạch .Trong vật tư dẫn, những hạt tích điện có năng lực di dời tạo ra dòng điện được gọi là những hạt mang điện. Trong sắt kẽm kim loại, chất dẫn điện thông dụng nhất, những hạt nhân tích điện dương không hề di dời, chỉ có những electron tích điện âm có năng lực chuyển dời tự do trong vùng dẫn, do đó, trong sắt kẽm kim loại những electron là những hạt mang điện. Trong những vật tư dẫn khác, ví dụ như những chất bán dẫn, hạt mang điện hoàn toàn có thể tích điện dương hay âm nhờ vào vào chất pha. Hạt mang điện âm và dương hoàn toàn có thể cùng lúc Open trong vật tư, ví dụ như trong dung dịch điện ly ở những pin điện hóa .
Dòng điện được quy ước là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dương, chính vì thế, trong mạch điện với dây dẫn kim loại, các electron tích điện âm dịch chuyển ngược chiều với chiều của dòng điện trong dây dẫn.
Dòng điện là gì – Wikipedia tiếng Việt
Bạn đang đọc: Dòng điện là gì – Wikipedia tiếng ViệtDo dòng điện trong dây dẫn có thể dịch chuyển theo bất kì chiều nào, khi có 1 dòng điện
I
{\displaystyle I}
trong mạch, hướng của dòng điện qui ước cần được đánh dấu, thường là bằng mũi tên trên sơ đồ mạch điện. Đây gọi là hướng tham chiếu của dòng điện
I
{\displaystyle I}
, nếu dòng điện di chuyển ngược hướng tham chiếu thì
I
{\displaystyle I}
có giá trị âm.
Khi nghiên cứu và phân tích dòng điện, hướng trong thực tiễn của dòng điện qua một thành phần của mạch điện thường chưa biết. Chính vì vậy, hướng tham chiếu cần được nêu rõ. Khi một mạch điện đã được ghi lại triển khai xong, giá trị âm có nghĩa dòng điện thực tiễn ngược với hướng của dòng tham chiếu. Trong mạch điện, hướng tham chiếu thường được chọn là hướng nối đất. Đa phần những trường hợp thì nó đúng với hướng chuyển dời trong thực tiễn của dòng điện trong mạch, vì hầu hết những mạch điện, điện thế áp vào mạch là dương so với đất .
Cường độ dòng điện
Cường độ dòng điện qua một tiết diện được định nghĩa là lượng điện tích di chuyển qua tiết diện đó trong một đơn vị thời gian. Nó thường được ký hiệu bằng chữ I, từ chữ tiếng Pháp Intensité, nghĩa là cường độ. Trong hệ SI, cường độ dòng điện có đơn vị ampe.
I = Q t = ( q 1 + q 2 + q 3 +. .. + q n ) / t { \ displaystyle I = { \ frac { Q } { t } } = ( q_ { 1 } + q_ { 2 } + q_ { 3 } + … + q_ { n } ) / t }
Cường độ dòng điện trung bình
Cường độ dòng điện trung bình trong một khoảng chừng thời hạn được định nghĩa bằng thương số giữa điện lượng chuyển qua mặt phẳng được xét trong khoảng chừng thời hạn đó và khoảng chừng thời hạn đang xét .
I t b = Δ Q Δ t { \ displaystyle I_ { tb } = { \ Delta Q \ over \ Delta t } }
Trong đó ,
I tb là cường độ dòng điện trung bình, đơn vị là A (ampe)ΔQ là điện lượng chuyển qua tiết diện được xét trong khoảng thời gian Δt, đơn vị là C (coulomb)Δt là khoảng thời gian được xét, đơn vị là s (giây)
Cường độ dòng điện tức thời
Khi khoảng chừng thời hạn được xét vô cùng nhỏ, ta có cường độ dòng điện tức thời :
I = d Q. ( t ) d t { \ displaystyle I = { dQ ( t ) \ over dt } }
Đơn vi ̣đo của điện tích [q] = [Coulomb] ; [t] = [s] ; [ i ] = [A]
Tốc độ dòng điện
Dòng điện chảy theo một hướng, nhưng những điện tích đơn lẻ trong dòng chảy này không nhất thiết hoạt động thẳng theo dòng. Ví dụ như trong sắt kẽm kim loại, electron hoạt động zigzag, va đập từ nguyên tử này sang nguyên tử kia ; chỉ nhìn trên tổng thể và toàn diện mới thấy khuynh hướng chung là chúng bị di dời ngược chiều của điện trường .Tốc độ vận động và di chuyển vĩ mô của những điện tích hoàn toàn có thể tìm được qua công thức
I = n. A. v. q { \ displaystyle I = n. A.v.q }
Với :
I { \ displaystyle I }n { \ displaystyle n }
thể tích.A { \ displaystyle A }
diện tích mặt cắt của dây dẫn điện.v { \ displaystyle v }
tốc độ di chuyển vĩ mô của các hạt tích điện.q { \ displaystyle q }
Ví dụ, một dây đồng với diện tích quy hoạnh mặt phẳng cắt bằng 0.5 mm 2, mang dòng điện có cường độ 5 A, sẽ có dòng electron di động với vận tốc vĩ mô là vài millimét trên giây. Ví dụ khác, những electron hoạt động trong bóng hình của tivi theo đường gần thẳng với vận tốc cỡ 1/10 vận tốc ánh sáng .Tốc độ vận động và di chuyển vĩ mô của dòng điện không nhất thiết phải là vận tốc truyền thông tin của nó. Tốc độ truyền thông tin của dòng điện trong dây đồng nhanh gần bằng vận tốc ánh sáng. Đó là do, theo kim chỉ nan điện động lực học lượng tử, những electron truyền tương tác với nhau trải qua photon, hạt hoạt động với tốc độ ánh sáng. Sự vận động và di chuyển, hoàn toàn có thể là chậm trễ, của một electron ở một đầu dây, sẽ nhanh gọn được biết đến bởi một electron ở đầu dây kia, trải qua tương tác này. Điều này cũng giống như khi đầu tàu hỏa hoạt động với tốc độ nhỏ ( ví dụ vài cm / s ), gần như là ngay lập tức toa sau cuối của đoàn tàu cũng nhận được thông tin và hoạt động theo. Chuyển động toàn diện và tổng thể của đoàn tàu là chậm, nhưng thông tin Viral dọc theo đoàn tàu rất nhanh ( vào cỡ vận tốc âm thanh Viral dọc theo tàu ) .
Định luật Dòng điện
Định luật Ohm
V, I và R là những đại lượng đặc trưng của định luật OhmĐịnh luật Ohm nói rằng cường độ dòng điện chạy qua một điện trở ( hoặc những thiết bị Ôm ) tuân theo :
I = U R { \ displaystyle I = { \ frac { U } { R } } }
Với
I { \ displaystyle I }A { \ displaystyle A }U { \ displaystyle U }
hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn mạch (V { \ displaystyle V }
R { \ displaystyle R }
điện trở (Ω { \ displaystyle \ Omega }
Định luật Ohm vi phân
Ngoài ra, để xét đến trạng thái dòng điện tại từng yếu tố vi phân của dòng điện, người ta còn dùng 1 dạng khác của định luật Ohm đó là định luật Ohm vi phân :
j = σ E = E ρ { \ displaystyle j = \ sigma E = { \ frac { E } { \ rho } } }
Với :
j = d I d S { \ displaystyle j = { \ frac { dI } { dS } } }
A .
m
− 2
{\displaystyle A.m^{-2}}
Xem thêm: Mlem mlem nghĩa là gì? Ý nghĩa thú vị đằng sau hot trend Mlem mlem
σ = 1 ρ { \ displaystyle \ sigma = { \ frac { 1 } { \ rho } } }
Ω − 1. m − 1 { \ displaystyle \ Omega ^ { – 1 }. m ^ { – 1 } }
E { \ displaystyle E }
V. m − 1 { \ displaystyle V.m ^ { – 1 } }
Định luật Watt
P. = I U = I 2 R = U 2 R { \ displaystyle P = IU = I ^ { 2 } R = { \ frac { U ^ { 2 } } { R } } }
Dòng điện của dẫn điện
Các công dụng của dòng điện
Tác dụng nhiệt
Khi có dòng điện, hầu hết những vật dẫn điện đều nóng lên. Khi vật dẫn đủ nóng thì thiết bị sẽ hoạt động giải trí
Tác dụng phát sáng
Dòng điện hoàn toàn có thể làm sáng ngay 1 số ít loại đèn như đèn LED và đèn bút thử điện mà không cần tính năng nhiệt .
Tác dụng từ
Dòng điện chạy qua dây dẫn điện sẽ gây ra lực từ lên những nam châm hút đặt gần nó .
Tác dụng hóa học
Trong dung dịch điện phân, dòng điện đi qua dung dịch sẽ làm dung dịch bị phân ly thành những ion âm và dương hoàn toàn có thể vận động và di chuyển giữa hai điện cực .Tác dụng hóa học của dòng điện là cơ sở của việc mạ điện .
Tác dụng sinh lý
Dòng điện có tính năng sinh lý khi đi qua khung hình người và động vật hoang dã . Độ nguy hại của điện giật phụ thuộc vào vào cường độ dòng điện, vào thời hạn dòng điện chạy qua người, và vào đường đi của dòng điện trên khung hình người. Nói chung :
1 mA gây đau nhói.5 mA gây giật nhẹ.50 đến 150 mA có thể giết chết người, bằng các tác động như rhabdomyolysis (phân hủy cơ), hay làm suy thận cấp (do chất độc của cơ bị phân hủy đi vào máu).1 đến 4 A gây loạn nhịp tim, và lưu thông máu bị gián đoạn.10 A gây ngừng tim (cầu chì trong gia đình thường tự ngắt ở cường độ dòng này).Dòng điện chạy qua tim và não là nguy hiểm nhất.(có thể gây mất mạng)
Đa phần những nguồn điện nguy hại có hiệu điện thế không thay đổi, nên theo định luật Ohm, cường độ dòng điện phụ thuộc vào vào điện trở trên đường truyền qua người và điện áp tiếp xúc. Đối với dòng lớn, nó nhờ vào thêm những mạng lưới hệ thống hạn chế dòng lớn trong mạch điện ( như cầu chì ). Dòng điện qua người phụ thuộc vào vào điện trở người. Điện áp tiếp xúc càng cao thì dòng điện qua người càng lớn. Điện trở lớn thì dòng điện nhỏ .Điện trở của người tùy thuộc vào điều kiện kèm theo tiếp xúc với dòng điện [ 2 ] .
Điều kiệnĐiện trở khi khô ráoĐiện trở khi ẩm ướt
Chạm tay vào dây điện 40.000 Ω – 1.000.000 Ω 4.000 Ω – 15.000 Ω
Cầm vào dây điện 15.000 Ω – 50.000 Ω 3.000 Ω – 5.000 Ω
Cầm vào ống nước 5.000 Ω – 10.000 Ω 1.000 Ω – 3.000 Ω
Chạm gan bàn tay vào đường điện 3.000 Ω – 8.000 Ω 1.000 Ω – 2.000 Ω
Nắm chặt một tay vào ống nước 1.000 Ω – 3.000 Ω 500 Ω – 1.500 Ω
Nắm chặt hai tay vào ống nước 500 Ω – 1.500 Ω 250 Ω – 750 Ω
Nhúng tay vào nước hay chất lỏng dẫn điện tốt – 200 Ω – 500 Ω
Nhúng chân vào nước hay chất lỏng dẫn điện tốt – 100 Ω – 300 Ω
Điện trở cũng biến hóa tùy người, theo giới tính, tuổi, kích cỡ, điều kiện kèm theo sức khỏe thể chất. Theo bảng trên, nếu xét trường hợp điện trở người trong khoảng chừng 500 Ω đến 1000 Ω thì điện áp khoảng chừng 20 V đến 50 V cũng đủ tạo ra dòng điện cỡ 50 mA và giết chết người .Tần số dòng điện càng cao ( trên 500 Hz ) càng ít nguy hại vì dòng điện chỉ đi ngoài da và không làm co cơ bắp. Dòng điện có tần số từ 25 – 100 Hz là dòng điện nguy hại
Lợi ích
Dòng điện một chiều với cường độ cỡ mA khi truyền qua khung hình gây nên những công dụng sinh lý đặc biệt quan trọng sau :
làm giảm ngưỡng kích thích của sợi cơ vận độnggiảm tính đáp ứng của thần kinh cảm giác do đó giảm đaugây giãn mạch ở phần cơ thể giữa hai điện cựctăng cường khả năng dinh dưỡng của vùng có dòng điện đi qua.
Các tính năng của dòng điện qua khung hình được ứng dụng trong châm cứu hay điện châm và là cơ sở của liệu pháp Galvani, trong đó người ta đưa dòng điện một chiều cường độ tới hàng chục mA vào khung hình và lê dài nhiều phút. Tuy nhiên trong những trường hợp tai biến giật mình, điện tính năng lên khung hình quá những mức độ mà khung hình hoàn toàn có thể chịu đựng được. Lúc đó điện trở thành một mối nguy khốn cho sức khoẻ và tính mạng con người con người .Đối với những bệnh nhân khi tim đã ngừng đập người ta hoàn toàn có thể dùng liệu pháp sốc điện để nỗ lực kích thích tim đập lại với kỳ vọng duy trì sự sống .
Dòng điên trong những thiên nhiên và môi trường đặc biệt quan trọng
Dòng điện trong sắt kẽm kim loại là dòng di dời có hướng của những electron tự do ngược chiều điện trường .Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể cản trở hoạt động có hướng của những electron tự do làm cho điện trở suất của sắt kẽm kim loại nhờ vào vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của sắt kẽm kim loại tăng .Ở một số ít sắt kẽm kim loại ( kim loại tổng hợp ) siêu dẫn, khi nhiệt độ hạ xuống dưới 1 nhiệt độ tới hạn nào đó, điện trở của nó giảm bất ngờ đột ngột đến giá trị bằng 0 .
Chất điện phân
Dòng điện trong những chất điện phân là dòng di dời có hướng của những ion dương theo chiều điện trường và những ion âm ngược chiều điện trường .Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng sắt kẽm kim loại do :
Mật độ các ion trong chất điện phân thường nhỏ hơn mật độ các electron tự do trong kim loại.Khối lượng và kích thước của các ion lớn hơn khối lượng và kích thước của các electron khiến tốc độ của các ion cũng nhỏ hơn.Môi trường dung dịch hỗn loạn gây cản trở mạnh chuyển động của các ion
Chất khí thường là chất cách điện do không có những thành phần mang điện tích. Muốn cho những chất khí dẫn điện, cần có những tác nhân ion hóa để tạo ra những hạt mang điện .Dòng điện trong chất khí là dòng di dời có hướng của những ion dương theo chiều điện trường và những ion âm, electron ngược chiều điện trường .Trong những hạt mang điện, những ion dương hoạt động cùng chiều với điện trường, những ion âm và những electron hoạt động ngược chiều điện trường . Chân không lí tưởng là một môi trường tự nhiên trong đó không có một phân tử khí nào. Nó không chứa hạt tải điện nên không dẫn điện. Muốn tạo ra dòng điện chạy giữa 2 điện cực, ta phải đưa những electron vào trong đó .Dòng điện trong chân không là dòng di dời có hướng của những electron được đưa vào khoảng chừng chân không đó dưới tính năng của điện trường .
Chất bán dẫn
Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hướng của những electron tự do và những lỗ trống .Các lỗ trống hoạt động thuận chiều điện trường, những electron hoạt động ngược chiều điện trường .Điện trở suất ρ của bán dẫn có giá trị trung gian giữa sắt kẽm kim loại và điện môi. Điện trở suất của bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi nhiệt độ tăng. Do đó ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện rất kém ( giống như điện môi ), còn ở nhiệt độ cao, bán dẫn dẫn điện khá tốt ( giống như sắt kẽm kim loại ). Tính chất điện của bán dẫn phụ thuộc vào rất mạnh vào những tạp chất xuất hiện trong tinh thể .
Dòng điện và từ
, Theo định luật Ampere, mọi dòng điện đều gây ra từ trường
Khi dòng điện chạy trong một dây dẫn điện, từ trường sinh ra có dạng vòng tròn bao quanh cộng dây thẳng dẫn điện có dòng điện khác không
Mọi dòng điện đều chịu lực tương tác khi nằm trong từ trường.
Lý do là các điện tích chuyển động trong từ trường chịu lực Lorentz.
Hướng của lực từ và hướng dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay phải.
Đo dòng điện
Xem thêm bài ampe kế
Cường độ dòng điện hoàn toàn có thể được đo trực tiếp bằng Gavanô kế, tuy nhiên chiêu thức này yên cầu phải mở mạch điện ra để lắp thêm ampe kế vào. Cường độ dòng điện hoàn toàn có thể được đo mà không cần mở mạch điện ra, bằng việc đo từ trường sinh ra bởi dòng điện. Các thiết bị đo kiểu này gồm những đầu dò hiệu ứng Hall, những kẹp dòng và những cuộn Rogowski .
Mật độ dòng điện
Mật độ dòng điện (ký hiệu là
σ
{\displaystyle \sigma }
) là dòng điện chạy qua 1 mm2 tiết diện dây dẫn
Xem thêm: Các chức danh trong tiếng Anh và cách dùng
σ = d I d S { \ displaystyle \ sigma = { \ frac { dI } { dS } } }
Phụ tải lâu dài của dây đồng và dây nhôm có bọc cách điện
Đường kính, mm Tiết diện, mm2 Dòng điện cho phép của dây đồng A Dòng điện cho phép của dây nhôm A Dây chảy cầu chì là dây đồng, A
0,96 0,75 13 13 4
1,1 1 16 16 6
1,4 1,5 20 16 10
1,8 2,5 27 21 15
2,25 4 35 28 20
2,75 6 45 37 25
3,5 10 65 51 35
4,5 16 86 68 50
5,6 25 115 90 60
Mật độ dòng điện có ý nghĩa trong phong cách thiết kế mạch điện, trong điện tử học. Các thiết bị tiêu thụ điện thường bị nóng lên khi có dòng điện chạy qua, và chỉ hoạt động giải trí tốt dưới một tỷ lệ dòng điện bảo đảm an toàn nào đấy ; nếu không chúng sẽ bị nóng quá, chảy hoặc cháy. Ngay cả trong vật tư siêu dẫn, nơi điện năng không bị chuyển hóa thành nhiệt năng, tỷ lệ dòng điện lớn quá hoàn toàn có thể tạo ra từ trường quá mạnh, tàn phá trạng thái siêu dẫn .
Các đơn vị chức năng điện từ trong SI
Dòng điện xoay chiềuDòng điện một chiềuDẫn điện để có thêm thông tin về cơ chế vật lý của tính dẫn điện/nhiệt trong vật liệu.
Liên kết ngoài